双敏像素CMOS图像传感器制造技术

本发明专利技术提供一种CMOS图像传感器，包括：像素单元，其中，每个所述像素单元包括PD和TG；像素序列，其中，所述像素单元排列成行；像素序列单元，包括两个相邻的45度角排列的像素序列；输出电路，其将所述PD产生的电荷转换为输出信号；输出电路序列，包括多个以45度角排列成行的输出电路；其中，一个像素序列单元中的相邻PD 1和PD 2构成一个像素对；所述PD 1和PD 2具有相同的光谱灵敏度特性，并且所述PD 1和PD 2的灵敏度不相同；所述像素序列单元和所述输出电路序列交替分布。本发明专利技术在保持足够量的信号和小串扰的同时缩小了双敏像素的像素间距。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】双敏像素CMOS图像传感器
本专利技术涉及图像传感器领域，尤其涉及高动态范围互补型金属氧化物半导体(complementarymetaloxidesemiconductor，简称CMOS)图像传感器。
技术介绍
双敏像素增加了图像传感器的动态范围，例如，可参见首次公开号为2008-99073的日本未审查专利申请。图1为现有技术的像素电路的电路图。图2为该像素电路排布在硅衬底表面上的俯视图。图3为该像素电路排布在硅衬底上的沿着图2中箭头的横截面图。各缩写的含义如下：PD：光电二极管，用于将光转化为信号电子；PD-L：高敏光电二极管；PD-S：低敏光电二极管；TG：将信号电荷传输到FD的传输栅极；FD：浮动扩散器，其中信号电荷被转换为信号电压；Cfd：FD的电容；RS：设置FD电压的重置栅极；AMP：放大器晶体管，将FD的信号电压转换为低阻抗输出信号；SL：选择晶体管；ADC：模拟数字转换器；G-L：用于绿PD-L的大型微透镜；G-S：用于绿PD-S的小型微透镜；B-L：用于蓝PD-L的大型微透镜；B-S：用于蓝PD-S的小型微透镜；R-L：用于红PD-L的大型微透镜；R-S：用于红PD-S的小型微透镜；ISO：植入像素隔离。参见图1，PD-L和PD-S是成对出现的，且共享由RS、FD、AMP和SL组成的输出电路。PD将光转化为电信号。该电信号通过TG选择性地传输至FD。该FD与AMP的栅极相连，输出信号通过SL传输给信号线。因此，如果TG和SL的栅极导通，则在信号线上获得与来自PD的电信号对应的输出信号。RS选择性地重置在FD中累积的电荷。图2示出四对PD-L和PD-S。FD显示为配对的PD-L和PD-S之间的黑色小方块。如图3所示，与PD-L配对的PD-S位于PD-L的右下方，它们具有颜色相同的滤光片，并且PD-L和PD-S在滤光片上分别配有大的微透镜和小的微透镜。在图2中，颜色的排列基于拜耳排列。图4为一般单敏像素的像素电路的电路图。图5为该像素电路排布在硅衬底表面上的俯视图。PD-1和PD-2共享输出电路(图4)，它们具有颜色不同的滤光片，例如G和R或B和G(图5)。对比图5和图2，由于双敏像素需要一种颜色的两个PD，因此不同颜色的像素间距变成单敏像素的像素间距的1.4(2的平方根)倍长。这种像素间距的增大是个问题。
技术实现思路
本专利技术提供了双敏高动态范围CMOS图像传感器的像素结构。根据第一方面，提供了一种CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器包括：像素单元，其中，每个所述像素单元包括光电二极管(photodiode，简称PD)和传输栅极(transfergate，简称TG)；像素序列，其中，所述像素单元排列成行；像素序列单元，包括两个相邻的45度角排列的像素序列；输出电路，其将所述PD产生的电荷转换为输出信号；输出电路序列，包括多个以45度角排列成行的输出电路；其中，一个像素序列单元中的相邻PD1和PD2构成一个像素对；所述PD1和PD2具有相同的光谱灵敏度特性，并且所述PD1和PD2的灵敏度不相同；所述像素序列单元和所述输出电路序列交替分布。在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述CMOS图像传感器包括所述PD1和PD2上具有相同的光谱灵敏度特性的有色滤光片。结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述CMOS图像传感器包括所述PD1和PD2上具有不同光采集率的微透镜。结合第一方面，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述CMOS图像传感器包括与所述TG相连的浮动扩散器，其聚集所述PD产生并通过所述TG传输的电荷，其中，所述PD1和PD2共享一个FD。结合第一方面，在第一方面的第四种可能的实现方式中，像素序列单元中与像素对PD1n和PD2n相邻的像素对包括位于所述像素序列单元中倾斜方向上的所述PD1n和PD2n的上方的像素对PD1m和PD2m。结合第一方面，在第一方面的第五种可能的实现方式中，像素序列单元中与像素对PD1n和PD2n相邻的像素对包括位于所述像素序列单元中所述PD1n和PD2n的水平方向上的像素对PD1k和PD2k。结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述PD1n、PD2n、PD1m和PD2m共享一个FD。结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第三方面的第七种可能的实现方式中，所述PD1n和PD2n共享一个FDn，所述PD1k和PD2k共享一个FDk，所述FDn和FDk之间为电连接。结合第一方面，在第一方面的第八种可能的实现方式中，深沟槽隔离用于从基板的入射面到至少一部分朝向相对侧的PD之间的绝缘体。结合第一方面或第一方面的第八种可能的实现方式，在第三方面的第九种可能的实现方式中，PD之间的元件隔离区域从基板的入射面朝相对侧变宽。根据各种实现方式提供了一种CMOS图像传感器，以在保持足够量的信号和小串扰的同时缩小双敏像素的像素间距。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅示出本专利技术的一些实施例，并且对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。图1为现有技术的像素电路的电路图；图2为该像素电路排布在硅衬底表面上的俯视图；图3为该像素电路排布在硅衬底上的沿着图2中箭头的横截面图；图4为一般单敏像素的像素电路的电路图；图5为该像素电路排布在硅衬底表面上的俯视图；图6为本专利技术实施例提供的像素电路的电路图；图7为该像素电路排布在硅衬底表面上的俯视图；图8A为该像素电路排布在硅衬底上的沿着图7中箭头的横截面图；图8B为该像素电路排布在硅衬底上的沿着图2中箭头的横截面图；图9示出PD之间具有绝缘体隔离的另一实施例；图10为从衬底背面看微透镜和DTI的视图；图11示出具有绝缘体隔离的另一布局的另一实施例；图12为从衬底背面看微透镜和DTI的视图；图13示出图6所示的八光电二极管共享像素电路的另一个实施例；图14示出图6所示的八光电二极管共享像素电路的又一个实施例；图15示出光电二极管布局与图6相同并且微透镜和有色滤光片布局与图2相同的示例；图16为一实施例中四光电二极管共享像素电路的电路图；图17为该像素电路排布在硅衬底表面上的俯视图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅为本专利技术实施例的一部分，而非全部。基于本专利技术实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。图6为本专利技术实施例提供的像素电路的电路图。图7为该像素电路排布在硅衬底表面上的俯视图。CMOS图像传感器包括：像素单元，其中，每个所述像素单元包括PD和TG；像素序列，其中，所述像素单元排列成行；像素序列单元，包括两个相邻的45度角排列的像素序列；输出电路，其将所述PD产生的电荷转换为输出信号；输出电路序列，包括多个以45度角排列成行的输出电路。所述像素序列单元和所述输出电路序列交替分布。在图7中，粗线区域的八个PD共享一个由RS、FD、AMP和SL组成的输出电路。4(即2×2)个PD和TG共享一个FD(如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种互补型金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，简称CMOS)图像传感器，其特征在于，包括：像素单元，其中，每个所述像素单元包括光电二极管(photodiode，简称PD)和传输栅极(transfer gate，简称TG)；像素序列，其中，所述像素单元排列成行；像素序列单元，包括两个相邻的45度角排列的像素序列；输出电路，其将所述PD产生的电荷转换为输出信号；输出电路序列，包括多个以45度角排列成行的输出电路；其中，一个像素序列单元中的相邻PD 1和PD 2构成一个像素对；所述PD 1和PD 2具有相同的光谱灵敏度特性，并且所述PD 1和PD 2的灵敏度不相同；所述像素序列单元和所述输出电路序列交替分布。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种互补型金属氧化物半导体(complementarymetaloxidesemiconductor，简称CMOS)图像传感器，其特征在于，包括：像素单元，其中，每个所述像素单元包括光电二极管(photodiode，简称PD)和传输栅极(transfergate，简称TG)；像素序列，其中，所述像素单元排列成行；像素序列单元，包括两个相邻的45度角排列的像素序列；输出电路，其将所述PD产生的电荷转换为输出信号；输出电路序列，包括多个以45度角排列成行的输出电路；其中，一个像素序列单元中的相邻PD1和PD2构成一个像素对；所述PD1和PD2具有相同的光谱灵敏度特性，并且所述PD1和PD2的灵敏度不相同；所述像素序列单元和所述输出电路序列交替分布。2.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，包括所述PD1和PD2上具有相同的光谱灵敏度特性的有色滤光片。3.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，包括所述PD1和PD2上具有不同光采集率的微透镜。4.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，包括与所述TG相连的浮动扩散器，其聚集所述P...

【专利技术属性】
技术研发人员：物井诚，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44